Ces dernières années, les analogues nucléosidiques ont eu un rôle majeur dans le traitement de maladies virales infectieuses tels le SIDA, les hépatites, l’herpès, la variole ou la grippe. Cependant, l’apparition de nouveaux virus ou de mutations virales ont renforcé la nécessité de développer des antiviraux plus efficaces et plus résistants. L’intensive recherche de dérivés nucléosidiques cliniquement actifs a permis l’émergence d’une multitude de nouvelles approches pour leurs synthèses. Parmi ce panel, les réactions catalysées par des métaux de transition tardifs font certainement partie des méthodes les plus importantes pour accéder à une large gamme de pharmacomodulations. Lors de ce projet de recherche, nous nous sommes intéressés à la conception, la synthèse et la découverte de nouveaux dérivés nucléosidiques en tant qu’antiviraux contre le virus de la variole. Pour ce faire, nous avons ciblé des 1,2,3-triazolo-carbanucléosides en série racémique ou énantiosélective ainsi que des nucléosides phosphonates acycliques. Dans un effort de développement et/ou d’amélioration de leurs méthodes de synthèse, nous avons également étudié la contribution de complexes au ruthénium et au cuivre contenant un carbène Nhétérocyclique (CNH) dans des réactions de métathèse croisée et de cycloaddition 1,3-dipolaire de Huisgen. Enfin, en vue d’obtenir des outils efficaces utilisables en synthèse nucléosidique, nous avons développés des nouveaux complexes au palladium portant un ligand CNH et testé leurs réactivités dans des réactions de Narylation de Buchwald-Hartwig et d’hydrogénation d’oléfines. / In the last decades, nucleoside analogues have played a major role in the treatment of viral infectious diseases, such as AIDS, hepatitis, herpes, smallpox or influenza. Nevertheless, the apparition of new or mutated viruses highlights the need of more potent and resistant antiviral therapeutics. The intense search for clinically useful nucleoside derivatives has resulted in a wealth of new approaches for their synthesis. Among them, latetransition metal-catalyzed reactions are certainly the most important methods to access variety of appealing pharmacomodulations. In this research project, we were interested in the conception, the synthesis and the discovery of new nucleoside derivatives as antiviral agents against smallpox viruses. Hence, we have targeted racemic or enantiomerically pure 1,2,3-triazolo-carbanucleosides as well as acyclic nucleoside phosphonates. In our effort into the development or/and the improvement of their synthetic methodologies, we have also studied the contribution of ruthenium and copper complexes bearing N-heterocyclic carbene (NHC) ligands in cross-metathesis and Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reactions. Finally, in order to obtain efficient tools useful in nucleoside synthesis, we have developed new NHC-containing palladium complexes and examined their reactivity in Buchwald-Hartwig N-arylation and olefins hydrogenation reactions.

Ce travail de thèse est consacré à la synthèse de porphyrines fusionnées à des cycles imidazolium et à l’utilisation de ces derniers comme précurseurs de ligands carbènes N-hétérocycliques (NHC). Ces composés possèdent donc deux sites de coordination, interne (le macrocycle) et externe (le ligand NHC), permettant la synthèse de complexes dinucléaires. Cette étude est principalement axée sur la synthèse de métalloporphyrines conjuguées avec des complexes d’or(I) périphériques de type [(NHC)AuCl]. En vue d’application en thérapie photodynamique (PDT), la fonctionnalisation de ces complexes par des carbohydrates (mannose) a été réalisée par substitution des ligands chlorures des complexes d’or(I) périphériques. Les tests biologiques sur cultures cellulaires montrent une nette potentialisation des propriétés photodynamiques des photosensibilisateurs comportant des ligands mannoses liés à l’or(I). Suite à cette étude, la synthèse de porphyrines fusionnées à deux cycles imidazolium a été réalisée permettant pour la première fois la synthèse de complexes trinucléaires de type Au/M/Au (M = métal interne dans la porphyrine) possédant différentes géométries. Ces composés ont ouvert des perspectives intéressantes dans le but d’obtenir des photosensibilisateurs possédant deux groupements carbohydrates à leur périphérie. De plus, il a été mis en évidence que les complexes trinucléaires de type Au/Zn/Au peuvent être utilisés comme briques de construction moléculaires pour la synthèse de polymères organométalliques en vue d’applications en (photo)catalyse. / This PhD work is devoted to the synthesis of porphyrins fused to imidazolium rings and their use as precursors of N-heterocyclic carbene ligands (NHC). Therefore, these compounds possess two coordination sites, the internal (the macrocycle) and the external (the NHC ligand) ones, allowing the synthesis of dinuclear complexes. This study is mainly centered on the synthesis of metalloporphyrins conjugated with peripheral gold(I) complexes such as [(NHC)AuCl]. In view of applications in photodynamic therapy (PDT), the functionalization of these complexes by carbohydrates was achieved through the substitution of chloride ligands of peripheral gold(I) complexes. Biological tests on cell cultures show a clear potentialization of the photodynamic properties of the photosensitizers bearing mannose ligands bound to gold(I). Following this study, the synthesis of porphyrins fused to two imidazolium rings was achieved allowing for the first time the synthesis of trinuclear species such as Au/M/Au (M = inner metal in the porphyrin core) with different geometries. These compounds open interesting perspectives in view of obtaining photosensitizers having two carbohydrates at their periphery. Moreover, it was shown that trinuclear species such as Au/Zn/Au can be used as molecular building-blocks for the synthesis of organometallic polymers in view of applications in (photo)catalysis.

L'objectif de cette thèse a été de mettre au point l'introduction d'azoles en meso d'une porphyrine par couplage d'Ullmann; Divers azoles ont pu être introduit par cette méthode avec de bons rendements, par formation d'une liaison carbone-azote. il a même été possible avec certains azotes de réaliser des doubles couplages d'Ullmann, conduisant ainsi à des 5.15-diazolyle-porphyrines. De plus, ces même conditions réactionnelles ont été utilisées pour introduire un ou deux dérivés donneurs d'électrons (carbazole, phénoxazine, phénothiazine). L'introduction d'imidazole, de triazole et de benzimidazole en meso a permis, après alkylation, d'obtenir des précurseurs de carbènes N-hétérocycles (NHC). La coordination de deux équivalents de NHC sur un sel de palladium conduit à un dimère de porphyrines via coordination exocyclique. La géométrie de coordination trans-anti autour du palladium a été confirmée par l'obtention de la structure radiocristallographique de deux complexes. Les études par électrochimie de ces complexes ont révélé une communication interporphyrinique à l'état fondamental, mise en évidence par une succession de quatre vagues monoélectroniques en oxydation. / The purpose of this thesis was to functionalize the meso position of a porphyrinWith azoles using the Ullmann coupling. Various azoles were introduced with good yieldsby using this reaction, leading to the formation of a carbon-nitrogen bond. With someazoles a double Ullmann coupling was possible, resulting in the formation of 5,15-diazolyl-porphyrins. Moreover, the same conditions were used to introduce one ortwo electron-donating groups (carbazole, phenoxazine, phenothiazine). The insertionof imidazole, triazole and benzimidazole at the meso position allowed, afteralkylation, their use as N-heterocyclic carbene (NHC). Coordination of twoequivalents of NHC to a palladium salt led to a porphyrin dimer, as a bis-carbene complex. X-Ray structures revealed that the complex’s geometry was trans-anti. Electrochemistry studies of the various dimers showed interactions between the porphyrins, highlighted by four successive oxidation peaks.

Bien que les agents anticancéreux à base de platine soient bien établis en clinique, plusieurs paramètres restent à optimiser, notamment leur toxicité et les phénomènes de résistances. La combinaison platine-carbènes N-hétérocycliques (NHCs) a montré des résultats prometteurs dans la lutte antitumorale. Ainsi, afin de développer des agents anticancéreux innovants, ce travail résume les modifications structurales étudiées dans le but d’augmenter la cytotoxicité tout en réduisant les effets secondaires des complexes. Une stratégie développée ici porte sur l’introduction de pnictogènes par échange de ligand pour observer un effet synergétique. Autrement, les efforts se sont concentrés sur les complexes de NHC-platine(IV) de leur synthèse à l’étude de leur stabilité, activité anticancéreuse et mécanisme d’action. Finalement, la combinaison des NHC-Pt à des nanotransporteurs a été étudiée afin d’améliorer leur biocompatibilité et sélectivité. / Although platinum-based anticancer drugs are well established, several shortcomings have raised concerns, namely their toxicity and resistance mechanisms. Therefore, improved anticancer drugs are strongly awaited to substitute drugs currently used in clinics. Remarkably, the combination of N-Heterocyclic Carbenes (NHCs) to platinum has recently demonstrated very promising results as anticancer agents. In the aim to access novel drugs, this work emphasizes several structural modifications to improve the cytotoxicity and lower side effects. One strategy developed herein focus on the introduction of pnictogens by ligand exchange to access a synergistic effect. Otherwise, efforts mainly focused on NHC-platinum(IV) complexes from their synthesis to stability investigation and anticancer activities and mechanism of action. Finally, the combination of NHC-Pt drugs to nanodelivery devices has been investigated in order to improve both their biocompatibility and selectivity toward cancer cells.

Depuis une dizaine d’années, les carbènes N-hétérocycliques(CNHs) ont prouvé leur efficacité en organocatalyse et comme ligands en catalyse organométallique. Dans ce contexte nous avons souhaité développer deux nouvelles familles decarbènes N hétérocycliques originaux :• La première famille de CNHs étudiée comporte une chiralité planaire apportée par un motif ferrocénique énantiomériquement pur lié directementsur l’hétérocycle imidazolium ou triazolium. Diverses stratégies ont été envisagées et étudiées afin de préparer des précurseurs de CNH à chiralité planaire.Ces travaux ont notamment permis l'obtention d’un selde triazolium énantiopur, dont la structure a étéconfirmée par diffraction des rayons X. Une étude préliminaire a également été amorcée pour la préparation d’un sel d’imidazolium à chiralité planaire.• La deuxième famille de CNHs considérée durant ce travail de thèse est basée sur l'utilisation de structures spirocycliques originales obtenues par une réaction de cyclopropanation de cyanoesters en présence d’un complexe de titane. Ce travail a été consacré à valider l'utilisation de spirooxazolidinones et de spirolactames comme briques élémentaires pour la synthèse de sels de triazolium originaux, ainsi qu’à étudier le dédoublement d’oxazolidinones et delactames racémiques. / Since the beginning of 21st century, N-heterocycliccarbenes (NHCs) proved their efficiency in asymmetric organocatalysis and as ligands in enantioselective organometallic catalysis. In this context, we developed two families of original NHCs: The first one displays a planar chirality afforded by an enantiopure ferrocene scaffold directlygrafted on an imidazolium or triazolium heterocycle.Different strategies have been investigated towards thepreparation of these chiral targets. This work allowedthe synthesis of an enantiopure triazolium salt and itsstructure was confirmed by X-ray analysis. A preliminarystudy concerning the preparation of an imidazolium saltbearing a planar chirality has been initiated.• The second NHC family considered during this project relies in the use of original spirocyclic structures obtained from a cyanoester cyclopropanationreaction catalyzed by a titanium complex. The main goal was to validate the use of spirooxazolidinones and spirolactams as building blocks for the synthesis oforiginal triazolium salts, and to study the resolution of racemic lactams and oxazolidinones.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Afin de développer des méthodes alternatives à l'activation de systèmes Pi en catalyse homogène par des métaux nobles coûteux et toxiques, nous nous sommes focalisés sur des complexes métalliques et plus particulièrement ceux de la colonne du group XIII. Cette thèse approche une contribution à ce champ d'études, et nous nous sommes particulièrement concentrés sur la chimie de gallium.Trois principaux aspects ont été étudiés dans ce manuscrit: la réactivité des halogénures de gallium(III), des complexes bien définis de gallium (III) portant carbènes N- hétérocycliques (NHCs), et leur activation de systèmes en catalyse.La thèse est divisée en trois chapitres. Le premier chapitre donne un aperçu des travaux effectués dans le domaine de la synthèse organique faisant intervenir des composés de gallium (III) , en se concentrant sur ​​leur utilisation en tant qu’ acides de Lewis et .Dans le deuxième chapitre, nous avons tenté d'exploiter le potentiel catalytique de GaCl3 dans une nouvelle réaction de cycloisomérisation/Friedel-Crafts en tandem. Une section dédiée à l'étude sur l’hydratation d’alcyne catalysée par GaCl3 est également fournie.Le troisième chapitre commence par une description de la synthèse d'une série de complexes de gallium (III) portant diverses NHCs comme ligands pour surmonter les limites des halogénures de gallium(III) en catalyse. Ensuite, des études de méthodologie sur le processus de tandem impliquant arenynes-1,6 avec les gallium(III) complexes neutres et cationiques ont été décrits. Une évaluation cinétique pour des catalyseurs, des divers substrats et l'influence de contreanions sont discutés. En outre, les efforts dans la version asymétrique de cette tandem transformation et des autres cyclisations sont également présentés.Le dernier chapitre reprend les résultats les plus importants obtenus dans la thèse. Et les orientations futures de la recherche sur l'utilisation des complexes NHC- gallium (III) sont discutées. / Recently, in order to develop alternative activation methods for Pi-systems in homogeneous catalysis instead of employing expensive and toxic noble metal catalysts, first row transition metals and main group metal complexes have attracted great attention. This thesis is a contribution to it, and we focus on gallium chemistry. There are three main aspects dominating this thesis: gallium(III) halides, well-defined gallium(III) complexes bearing N-heterocyclic carbenes (NHCs), and -systems activation in catalysis.The thesis is divided into three chapters. Chapter I provides an overview of the field of organic synthesis involving gallium(III) compounds, focusing on their use as - or -Lewis acids.In Chapter II, we expose our attempts to exploit the catalytic potential of gallium(III) chloride in a novel tandem cycloisomerization/Friedel-Crafts reaction. A section dedicated to the study on GaCl3-catalyzed alkyne hydration is also provided.Chapter III begins with a description of the synthesis of a series of gallium(III) complexes bearing various NHCs as ligands in order to overcome the limitations of gallium(III) halides in catalysis. Next, methodology studies on the tandem process involving 1,6-arenynes with the neutral and cationic gallium(III) complexes are described. The evaluation of scission kinetics for catalysts, substrates variation and influence of counteranions are discussed. In addition, efforts towards the asymmetric version of this tandem transformation and some other cyclizations are also presented.The concluding chapter reiterates the most important results obtained in the body chapters of the thesis. To conclude, the future directions for the research on the use of the NHC-gallium(III) complexes are discussed.

Cette thèse développe l'étude des complexes de nickel(II) porteurs de ligands carbènes N hétérocycliques (NHC) selon deux axes: la synthèse et la caractérisation de complexes nickelacycliques avec un ligand chélatant carbone-carbone (CNHC, Calkyl); et leur activité catalytique dans la construction des liaisons carbone-carbone (Csp2–Csp2/Csp3) des 1-chalcogènes-azoles par fonctionnalisation des liaisons carbone-hydrogène (C–H). Une série de produits d'addition d'acétonitrile métallacycliques CNHC,Calkyl-Ni(II) cationiques a été synthétisée par élimination d'un ligand cyclopentadiényle des nickelacycles demi-sandwich a 18 électrons de valence parents. Il a été déterminé que les complexes cationiques existaient en tant qu'espèce Ni(II) à 14 électrons de valence en forme de T, insaturée de manière coordonnée et électronique, à l'état solide. L'application de ces nouveaux complexes au couplage croisé du benzothiazole avec les iodoarènes s'est avérée une stratégie efficace dans la formation des liaisons Csp2–Csp2, par la combinaison d'un échafaudage métallacyclique stabilisant avec des ligands labiles. La découverte d'une espèce demi sandwich Ni(II)-(NHC)-(benzothiazolyle) inactif dans l'arylation du benzothiazole, mais actif dans le couplage du benzothiazole avec les iodoalcanes, constitue le premier exemple de construction des liaisons Csp2–Csp3 du benzothiazole avec un catalyseur Ni(II)-NHC. / This thesis develops the study of nickel(II) complexes bearing N-heterocyclic carbene ligands (NHC) in two axes: the synthesis and characterization of nickelacyclic complexes with a carbon-carbon chelating ligand (CNHC,Calkyl); and their catalytic activity in the construction of carbon-carbon bonds (Csp2–Csp2/Csp3) of 1-chalcogene-azoles by carbon-hydrogen (C–H) bond functionalization. A series of cationic CNHC,Calkyl-Ni(II) metallacyclic acetonitrile adducts was synthetized by the removal of a cyclopentadienyl ligand from parent 18 valence electron half-sandwich nickelacycles. The cationic complexes were determined to exist as rare coordinatively and electronically unsaturated T-shaped 14 valence electron Ni(II) species, in the solid state. Application of these new complexes to the cross-coupling of benzothiazole with iodoarenes proved to be a successful strategy in Csp2–Csp2 bond formation, by the combination of a stabilizing metallacyclic scaffold with labile ligands. The discovery of a half-sandwich Ni(II)-(NHC)-(benzothiazolyl) species, inactive in the arylation of benzothiazole, but active for the cross-coupling of benzothiazole with iodoalkanes shows the first example of benzothiazole Csp2–Csp3 bond construction with a Ni(II)-NHC catalyst.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Le développement de catalyseurs efficaces à base de ruthénium a contribué à l'essor de la métathèse des oléfines. Cette réaction catalysée par des complexes à base de tungstène, rhénium ou molybdène, était appliquée, jusqu'à présent, à des oléfines non fonctionnalisées. L'utilisation de précurseurs à base de ruthénium a permis d'élargir les domaines d'applications de la métathèse grâce à leur tolérance élevée à de nombreuses fonctions organiques. En effet, les esters méthyliques d'huiles végétales peuvent être valorisés en bases chimiques par la réaction de métathèse en présence de catalyseurs à base de ruthénium. Nous reportons, ici, l'étude de la réactivité des complexes de ruthénium en éthénolyse de l'oléate de méthyle ainsi que la conception et la caractérisation de nouveaux systèmes. Nous exposerons la synthèse de nouveaux catalyseurs de ruthénium contenant des ligands carbènes aminoalkyle cycliques et l'évaluation de leurs performances. Nous montrerons que ces précatalyseurs présentent des propriétés catalytiques intéressantes pour l'éthénolyse de l'oléate de méthyle. Ces ligands ont l'avantage d'être modulables, ce qui nous offrent de nombreuses possibilités en terme d'originalité, tout comme la fonctionnalisation du ligand isopropoxybenzylidène qui permet l'immobilisation des catalyseurs dans les liquides ioniques. Par ailleurs, des tentatives de coordination d'autres ligands, tels que le fluorénylidène et le silylène, susceptibles de conduire à des complexes de ruthénium efficaces seront abordées.